Alternativní automobilová paliva jsou motorová paliva, která poskytují energii automobilovému motoru a zcela nebo do určité míry vylučují použití paliv na ropné bázi (jako je benzín a nafta ) (včetně těch, která jsou určena jako přísady do ropných paliv), když je motor s energetickou technologií není spojen výhradně s ropnými produkty. V širším slova smyslu se jedná o palivo jiné než tradiční ropa (benzín nebo motorová nafta); a vztahuje se také na jakoukoli technologii výkonu motoru, která nepoužívá výhradně benzín (např. elektrické vozidlo, hybridní elektrická vozidla na solární pohon). Kvůli kombinaci faktorů, jako jsou ekologické problémy s těžbou a používáním ropných produktů, vysoké ceny ropy a potenciál pro vyčerpání zásob ropy, se vývoj čistších alternativních paliv a pokročilých systémů pohonu vozidel stal prioritou mnoha vlád a vlád. výrobců vozidel po celém světě. Vozidla na alternativní paliva zahrnují: elektrická vozidla , hybridní elektrická vozidla , vozidla s flexibilním palivem ( vozidla s flexibilním palivem ), vozidla na stlačený zemní plyn , elektrická vozidla na solární pohon , vozidla na bionaftu a vozidla na vodík . Do stejné kategorie lze zařadit experimentální a méně běžná pozemní vozidla. jako je parní vůz nebo vůz poháněný kompaktním jaderným reaktorem.
Výpočty ukazují, že asi 30 % celkové poptávky po palivech lze nahradit biopalivy, aniž by to mělo vliv na snížení produkce potravin. [2] .
Ne všechny oficiální definice jsou stejné.
V Evropské unii jsou alternativní paliva definována směrnicí Evropského parlamentu a Rady 2014/94/EU ze dne 22. října 2014 o zavádění infrastruktury pro alternativní paliva.
„alternativními palivy“ se rozumí paliva nebo zdroje energie, které alespoň částečně slouží jako náhrada za zdroje fosilních paliv při zásobování energií v dopravě a které mohou přispět k její dekarbonizaci a zlepšit environmentální výkonnost odvětví dopravy. Mezi jiné patří:
— Směrnice Evropského parlamentu a Rady 2014/94/EU ze dne 22. října 2014 o zavádění infrastruktury pro alternativní paliva.
V USA definuje EPA alternativní paliva jako
Alternativní paliva, včetně plynných paliv, jako je vodík, zemní plyn a propan; alkoholy, jako je ethanol, methanol a butanol; rostlinné oleje a odpadní oleje; a elektřiny. Tato paliva lze použít ve vyhrazeném systému, který spaluje jedno palivo, nebo ve smíšeném systému s jinými palivy, včetně konvenčního benzínu nebo nafty, jako například v hybridních elektrických nebo užitkových vozidlech.
— Agentura pro ochranu životního prostředí [3]
V Kanadě od roku 1996 v předpisech o alternativních palivech SOR/96-453 zákon o alternativních palivech definuje alternativní paliva jako:
Za alternativní paliva se pro účely definice alternativních paliv v § 2 odst. 1 zákona považují tato paliva používaná jako jediný zdroj energie pro přímý pohon vozidla:
- Pravidla pro používání alternativních paliv (SOR/96-453) [4]
Mezi alternativní paliva patří syntetická a obnovitelná paliva, často označovaná jako „udržitelná“ paliva (protože tato paliva nejsou omezena zásobami nerostů). Syntetická paliva se vyrábějí z uhlí, zemního plynu nebo jiných uhlovodíkových surovin, jako je biomasa, pomocí Fischer-Tropschova procesu nebo Bergiova procesu . V prvním případě je vsázka zplyňována, aby se vytvořila směs oxidu uhelnatého a vodíku ( syntézní plyn ), která je poté znovu kombinována za vzniku kapalného uhlovodíkového paliva. Obnovitelná paliva se vyrábějí z biologických zdrojů surovin, jako jsou rostlinné lipidy, tuky a oleje. Lipidy se zpracovávají pro transesterifikaci nebo hydrorafinaci za účelem výroby leteckého paliva. Syntetická paliva mají typicky složení podobné konvenčním palivům a dosahují požadovaného výkonu, když se mísí konvenční a alternativní paliva. Tato praxe se používá k doplnění zásob nebo náhradě konvenčních paliv. Dalším přístupem ke kategorizaci paliv je vytvoření konceptu uhlíkově neutrálního paliva . Navržená uhlíkově neutrální paliva lze zase široce rozdělit na syntetická paliva, která se získávají chemickou hydrogenací oxidu uhličitého, a biopaliva, která se vyrábějí přirozenými procesy spotřeby CO2, jako je fotosyntéza. Jednou z variant výše uvedeného jsou elektrická paliva, nová třída uhlíkově neutrálních náhradních paliv, která se vyrábějí pomocí elektřiny z obnovitelných zdrojů. Jsou alternativou leteckých biopaliv. Jsou to hlavně butanol, bionafta a vodíková paliva, ale zahrnují také alkoholy a uhlíkaté plyny, jako je metan a butan.
Benzen zlepšuje odolnost benzinu proti klepání, a proto hrál důležitou roli v historii výroby benzinu. Některé rané lokomotivy se spalovacími motory používaly palivo sestávající hlavně z benzenu. Na počátku 20. století byl benzín v závislosti na zdroji a původu velmi rozdílné kvality (cca od 40 oktanů), a proto nebyl příliš vhodný pro běžné použití bez přísad proti klepání . Speciální automobilový benzen měl na druhou stranu při použití jako benzínové palivo poměrně vysokou odolnost proti klepání (99 RON , 91 MON ), byl však poměrně drahý a motory, které s ním běžely, se velmi rychle kontaminovaly sazemi. Díky tomu se benzen používal jako benzín pouze pro speciální účely (např. za 1. světové války ho Němci používali v leteckých motorech). Na počátku dvacátých let minulého století nabízelo řešení těchto problémů použití směsí benzínu a benzenu, a to smícháním levného benzínu a (dražšího) benzenu, aby se zvýšila odolnost takové směsi proti klepání a vytvořilo se tak palivo přijatelné jak cenou, tak v kvalitě. V Německu a dalších zemích se pak benzen získával koksováním uhlí. Tento proces byl historicky první a sloužil jako hlavní zdroj benzenu až do druhé světové války. V roce 1923 se v Německu objevila na trhu první směs benzín-benzen (německá zkratka " Bibo "), vyvinutá pro firmu OLEX pod názvem "olexin" [5] .
Směs vyvinutá pro firmu Benzol-Verband (BV) v roce 1924 pod názvem BV-Aral, (protože benzen patří do chemické skupiny aromatických sloučenin a benzín k alifatickým) obsahovala „6 dílů benzinu a 4 díly benzenu“ . BV, jako německý výrobce benzenu, použila tuto technologii k vytvoření dalšího prodejního kanálu pro své produkty vedle prodeje rozpouštědel do továren na barvy. V závislosti na kvalitě základního benzínu (od 40 do 60 RON) se oktanové číslo směsi BV-Aral pohybovalo od 64 do 76 RON.
Po vývoji paliv s vyšším oktanovým číslem během 2. světové války (k čemuž došlo především díky vývoji výkonných leteckých motorů, které vyžadovaly kvalitní palivo), plánovalo sdružení výrobců benzenu v letech 1947/1948 zavedení paliva na automobilový trh. oktanové číslo 80 RON, které bylo vyšší než u konkurentů (kvůli zvýšení obsahu benzenu) [6] . Tento další způsob vývoje technologie nenašel uplatnění kvůli vývoji dalších technologií pro zlepšení kvality benzínu. Dnes je takto vysoká koncentrace benzenu v benzínu pro jeho toxicitu zakázána a benzen je povolen pouze jako přísada do paliva v koncentracích do jednoho procenta.
V SSSR se pro nedostatek kvalitního benzínu ve 20./30. letech používaly i směsi benzen-benzín. Takové směsi však byly často ještě velmi nekvalitní. Vedoucí Vědeckého automobilového institutu profesor E. A. Chudakov napsal:
„V polovině roku 1928 se jako automobilové palivo dostala na trh směs těžkého grozného benzinu s benzenem a obě složky byly nevyhovující. Benzin byl snížen oproti normálnímu těžkému Groznému dodávanému Oil Syndicate podle jeho ceníku a benzen nebyl dostatečně rafinován. V důsledku toho byla většina vozidel nucena zastavit; motory vyžadují generální opravu po 2-3 týdnech provozu; byla pozorována výrazná tvorba velmi tvrdých usazenin jak na ventilech, tak na ostatních pracovních částech motoru. V klikové skříni motoru se nahromadilo velké množství dehtové kapaliny, která se často tvořila v sacím potrubí a u některých strojů dokonce ucpala škrticí klapky. Zdálo by se, že po takových neúspěšných experimentech by se na trh nemělo dostat palivo, které nebylo podrobeno prvotnímu důkladnému testování. Podle výnosu Nejvyšší hospodářské rady SSSR N15 ze dne 1. března letošního roku však bylo na trh uvolněno nové palivo - směs plynového benzinu s naftou Groznyj a benzenem. [7]
Ve srovnání výhřevnosti je prémiový benzín s 8,9 kWh/l pod hodnotou Bibo s 9,3 kWh/l, což je zase nižší než nafta s 9,8 kWh/l. [8] Protože směsi benzín-benzen hoří pomaleji než benzín, vyžadují delší předstih zážehu. Předpokládalo se, že po přechodu na směs benzínu a benzenu se výkon motoru snížil z 1 na 4 % a spotřeba paliva se také zvýšila z 2 na 5 %. Určité úpravy motoru byly proto žádoucí: bylo například požadováno zvětšení průměru trysek. Přídavek více než 40 % benzenu zhoršil start a snížil výkon motoru.
Kromě benzinu se v Německu používal jako složka benzenového paliva bramborový líh. V Německu je od roku 1930 povinné přidávání 2,5-10% etanolu. V případě benzenové směsi Albizol od Reichskraftsprit bylo do směsi přidáno asi 25 % bramborového alkoholu. Americký vojenský slovník z roku 1944 [9] označuje palivový benzen jako „Dreierergemisch“ („trojitá směs“: benzín 50 %, benzen 40 %, alkohol 10 %).
Použití petroleje místo motorové nafty, typicky jako přísady pro optimalizaci jeho nízkoteplotních vlastností, je dobře známo. V této kapacitě se nedoporučuje používat petrolej v čisté formě kvůli nízkému cetanovému číslu. [10] V mnoha případech, a to jak v historické perspektivě, tak dnes, by použití petroleje jako alternativy k benzínu mohlo být také ospravedlnitelné kvůli nedostatku a vysoké ceně benzínu. Ve Spojeném království na začátku 20. století nebyl traktorový petrolej zdaněn jako benzín, díky čemuž byly tyto stroje pro farmáře atraktivní. V některých zemích (například v Indii) byl petrolej dotován vládou jako životně důležitý produkt pro chudé, který se používal k osvětlení a pálení potravin. V SSSR byl petrolej levnější než benzín a používal se jako palivo pro přívěsné motory. [11] Použití petroleje v benzinových motorech není optimální a vyžaduje určité triky a dodatečné operace pro udržení motoru v chodu, a proto není takové palivo u motoristů oblíbené. Na úsvitu vývoje spalovacích motorů byl petrolej široce používán jako palivo pro karburátorové spalovací motory . Oktanové číslo petroleje je však nízké (pod 50), takže motory byly s nízkým kompresním poměrem (4,0-4,5, více ne). Slavná „ jedna a půl “ mohla díky extrémně nízkému kompresnímu poměru (4,25) fungovat jak na naftu z traktoru, tak na petrolej. [12] Vzhledem k tomu, že těkavost petroleje je horší než u benzínu, bylo mnohem obtížnější nastartovat studený motor. Petrolejové traktory první poloviny 20. století proto měly přídavnou (malou) palivovou nádrž na benzín . Studený motor byl nastartován na benzín, po zahřátí na provozní teplotu traktorista přepnul karburátor na petrolej. Na petrolejových traktorech bylo potřeba kerosin zahřát, aby se zlepšilo odpařování. Výsledkem bylo, že výfukové a sací potrubí bylo navrženo tak, aby fungovalo jako výměník tepla, takže teplo z prvního ohřívá druhé. Vzhledem k tomu, že traktor byl startován na drahý benzín, jakmile se motor zahřál (po 5 minutách), dodávka paliva byla přepnuta na petrolej. Na podobném principu fungoval i Hesselmannův motor , oblíbený ve 20. a 30. letech 20. století . Dokud motor běžel na plné otáčky, petrolej dobře hořel. Za zhoršených podmínek, například při jízdě bez zátěže po dálnici, si motor vedl lépe na benzín. Ve 20. a 30. letech 20. století byl systém vstřikování vody karburátorem používán u některých traktorů, zejména u American International 10/20. Vstřikování vody zvýšilo detonační odolnost pracovní směsi, což umožnilo použít jako palivo levný petrolej (i když motor byl nastartován a zahřátý na benzín). V takovém systému byla voda vstřikována do sacího potrubí v určitých poměrech ke směsi vzduch-palivo (obvykle od 12,5 % do 25 %) a spolu se směsí byla vedena do spalovacích komor. K zajištění poklesu detonačního prahu dochází díky vysoké tepelné kapacitě vody, která ochlazuje pracovní směs a hlavně zahřáté části motoru, které jsou centry detonace. SSSR také vyvinul traktory STZ-1, Fordson-Putilovets atd., pracující na směsi petroleje a vody.
| Oktanová čísla různých druhů paliv [13] | ||
| Pohonné hmoty | Oktanové číslo | Poznámky |
|---|---|---|
| Benzín | 98 | - |
| Petrolej | 15-20 [14] | |
| Nafta | 0 | - |
V Evropě po druhé světové válce byla auta z ekonomických důvodů upravena tak, aby jezdila na petrolej, nikoli na benzín, který museli dovážet a platit za něj vysoké daně. Kromě přídavných nádrží, potrubí a zařízení na přepínání paliva bylo změněno těsnění hlavy válců za mnohem tlustší, aby se snížila komprese (tím byl motor méně výkonný a méně účinný, ale byl schopen provozu na petrolej). Potřebné vybavení bylo prodáváno pod značkou „Economy“. [15] Petrolej se používá jako palivo pro menší přívěsné motory vyráběné společnostmi Yamaha, Suzuki a Tohatsu. Jedná se o dvoupalivové motory, které se používají především v malých rybářských lodích. Startují na benzín a poté přejdou na petrolej, jakmile motor dosáhne optimální provozní teploty. [16] Vícepalivové přívěsné motory Evinrude a Mercury Racing také spotřebovávají kerosin a také letecké palivo. [17] Během palivové krize v 70. letech 20. století finský Saab - Valmet vyvinul a sériově vyráběl Saab 99 Petro, který běžel na petrolej, terpentýn nebo benzín. Projekt s kódovým označením „Project Lapponia“ vedl Simo Vuorio a do konce 70. let byl vyroben funkční prototyp založený na Saabu 99 GL. Vůz byl navržen pro provoz na dva druhy paliva. Benzín se používal pro studené starty a když bylo potřeba extra energie, ale obvykle se provozoval na petrolej nebo terpentýn. Od roku 1980 do roku 1984 bylo vyrobeno 3 756 Saab 99 Petros a 2 385 Talbot Horizons (Verze vozu Chrysler Horizon , která integruje mnoho komponent z vozu Saab). Jedním z důvodů pro výrobu automobilů, které jezdí na petrolej, bylo to, že ve Finsku byl petrolej méně zdaněn než benzín.
V moderních automobilových motorech je použití petroleje v zásadě možné [18] , i když ukládá motoru mnohá omezení. Například petrolej lze použít v podmínkách, kdy motor pracuje v úzkém rozsahu otáček a s určitou teplotou. V chladném období se například motor nemusí zahřát na optimální teplotu. Pro zajištění spolehlivějšího provozu motoru může být nutné instalovat výměník tepla pro ohřev kerosinu. Kvůli zvýšené viskozitě petroleje nemusí být výkon továrního palivového čerpadla dostatečný a kvůli vyššímu odvodu tepla si chladicí systém nemusí poradit s přehříváním. Vzhledem k tomu, že při nízkých otáčkách může teplota motoru klesnout pod optimum, může se kerosin mísit s olejem v klikové skříni a měnit olej velmi často oproti standardnímu intervalu. Usazeniny ve válci se mohou hromadit mnohem rychleji než obvykle, což znamená, že je třeba vyměnit zapalovací svíčky atd. Výše uvedená omezení z toho dělají velmi vzácnou praxi, obvykle omezenou na použití petroleje jako přísady do benzínu pro dvoudobé motocyklové motory, které může být vhodný pro země s nízkou úrovní příjmů obyvatelstva, a tedy méně nákladnou údržbou zařízení, kterou bude nutné provádět mnohem častěji než obvykle (například v jihovýchodní Asii).
Existovala železniční lokomotiva využívající pevný naftalen , kterou postavil Schneider-Creusot ve Francii v roce 1913. Tato lokomotiva měla benzínovo-petrolejový odpařovací motor, startovala na benzín a po zahřátí motoru s výkonem 70 koní přešla na petrolej, ale používala spíše pevný naftalen než petrolej, prostě jako levnější palivo. Naftalen se roztavil a odpařil ve vodním plášti vyhřívaném motorem (bod tání: 80,26 °C). [19] Myšlenka se objevuje pravidelně. Patent Luise Cisnerose Zazuety (Mexiko) z roku 1997 [20] uvádí: „Vynález lze použít pro všechny typy čtyřdobých benzínových motorů pracujících v Ottově termodynamickém cyklu, které obsahují karburátor nebo systém vstřikování paliva, počet válce také není důležité. Nízká cena naftalenu a hospodárnost činí použití tohoto zařízení levným“ [21]
Vozidla mohou jezdit na různé plyny, jako je zemní plyn , LPG nebo bioplyn . Spalovací motor může také běžet na plynný vodík. Spalovací motory poháněné oxidem uhelnatým byly používány v SSSR během druhé světové války . V nich se z dřevěného uhlí získával oxid uhelnatý .
Použití plynu jako paliva snižuje znečištění, protože hoří čistěji než ropa. Stávající vozidla na benzinový pohon lze upravit na pohon na zemní plyn, ale dnes je rostoucí podíl světových vozidel postaven přímo na pohon na plyn. Menší vozidla poháněná plynem mají často také nádrž na plyn, ale větší vozidla mají pouze nádrž na zemní plyn. Kupce aut na zemní plyn láká nízká cena paliva a nižší emise oxidu uhličitého, oxidů dusíku a pevných částic. Zemní plyn se prodává jako palivo pro automobily, cena zemního plynu je asi 1,30 eur za kilogram. V přepočtu na energetický ekvivalent v litrech plynu jsou náklady na zemní plyn asi 0,832 eur.
V roce 2006 bylo na světě asi 5,7 milionu vozidel na plyn. Argentina, Brazílie a Pákistán mají nejvíce vozidel na plyn. V Evropě jsou populární v Itálii (433 000), na Ukrajině (100 000), v Rusku (75 000), v Německu (55 300) a ve Švédsku (14 530). Automobily jsou také ve Francii (10 200) a Bělorusku (5 500). Cena zemního plynu v těchto evropských zemích činí 40-80 % ceny benzínu. V některých evropských zemích a Japonsku, kde všechny taxíky jezdí na plyn, používají vozidla na plyn většinou LPG . LPG má tu výhodu, že je skladován při mnohem nižším tlaku než zemní plyn, takže lze použít lehčí plynovou láhev .
Počet vozidel na zemní plyn ve Finsku, včetně městských autobusů, popelářských vozů, taxíků a soukromých osob, je přibližně 800 (2011). První veřejná čerpací stanice pro vozidla na zemní plyn byla otevřena v Helsinkách v Malmi v červnu 2005. Ve Finsku je 16 veřejných čerpacích stanic zemního plynu (2011) a Gasum plánuje v příštích letech vybudovat síť 30 čerpacích stanic. Švédsko má již přes 160 čerpacích stanic, Německo 900, Itálie 850, Rakousko 210 a Rusko 240. [22] .
Dřevoplyn lze použít ve vozidlech s konvenčními spalovacími motory přidáním zplyňovače dřeva ( plynového generátoru ). [23] [24] Tento typ paliva byl velmi populární během druhé světové války v několika evropských a asijských zemích, protože válka bránila snadnému a cenově výhodnému přístupu k ropě. Automobily na dřevoplyn existovaly již před druhou světovou válkou.
Spotřeba dřevěného uhlí jako paliva na jeden tunokilometr nájezdu automobilu se pohybuje od 74,3 do 114 gramů [25] . V roce 1928 ve Francii na speciálně konané soutěžní jízdě ujel 17místný autobus s plynovým generátorem Berliet na palivové dříví vzdálenost 5250 km za 28 dní a průměrná spotřeba palivového dřeva byla 47,8 kg na 100 km (kromě palivového dřeva byly K nastartování motoru a čištění jeho částí v garážích bylo spotřebováno 12 litrů benzinu) [26] .
Ve vozech vybavených generátorem plynu lze použít jiné generátorové plyny.
Vozidla na CNG nebyla jedinou reakcí na omezené zásoby benzínu během 1. a 2. světové války. Ještě těžkopádnější alternativou bylo auto s plynovým vakem.
Na střeše takového vozu byla umístěna palivová nádrž vozu – plynová láhev podobná balónu, naplněná nestlačeným plynem. Nádrže na LPG se vyráběly během první a (zejména) druhé světové války ve Francii, Nizozemsku, Německu a Anglii jako improvizované řešení nedostatku benzínu. Kromě osobních automobilů jsou touto technologií vybaveny také autobusy a nákladní automobily. Vozidla spotřebovávala „ lehký plyn “, vedlejší produkt procesu přeměny uhlí na koks (který se používá k výrobě železa). Jediným způsobem, jak získat praktický dojezd, bylo použití velmi velké „palivové nádrže“. Autobusy se k tomu hodily lépe než auta – měly na střešním nosiči plnohodnotnou plynovou láhev o velikosti „ imperiálního “ anglického patrového domu. Tašku bylo možné uzavřít do proudnicového pouzdra, ale většinou tomu tak nebylo. Některá auta na fotografiích jsou vybavena velkým plynovým vakem (např. o objemu 13 metrů krychlových) a taková instalace mu poskytla dojezd jen asi 50 km, protože takový palivový systém potřeboval plynovou nádrž s objem asi 2-3 kb.m. nahradit litr benzínu. Aerodynamika vozidel na LPG byla špatná, takže spotřeba paliva zdaleka nebyla optimální. U takových strojů se nedoporučovalo překračovat rychlost 50 km/h, aby nedošlo k odfouknutí nebo roztržení plynové nádrže větrem.
Přestože tato technologie byla po konci 2. světové války v Evropě zapomenuta, myšlenka byla v 60. letech oživena v Číně pro použití v autobusech provozujících městské linky [27] . V zemích jihovýchodní Asie byla taková technika k vidění až do 90. let.
Z ropy (nebo zemního plynu) reformováním vznikne vodík, který lze použít k pohonu auta s palivovými články. Většina plánů založených na této myšlence navrhuje využít stávající distribuční síť paliva a provést přestavbu speciálním zařízením přímo na čerpacím místě. Přestože emise palivových článků jsou tvořeny výhradně vodou, reformováním vzniká tolik oxidu uhličitého, jako kdyby se stejné množství oleje spálilo v motoru. Poměr těchto emisí k emisím v palivovém řetězci je tedy 4:1.
Účinnost vodíkového palivového článku v autě může být v praxi asi 60 %, ale protože se energie spalování uhlí ztrácí při katalytickém reformování, bude to v nejlepším případě asi 40 %. Ale i to je lepší než spalovací motor: ve srovnání se spalovacím motorem jsou emise asi o 60 % nižší. V současné době mají vozidla s palivovými články účinnost asi 25 % (McCormick, 2001).
Teoreticky lze téměř všechna paliva použít také v palivových článcích . Při pokusech vytvořit alternativu k ropným produktům se primárně používaly alkoholy: ethanol ( přímý etanolový palivový článek ), propanol [28] a glycerol [29] , protože jsou mnohem méně toxické než methanol tradičně používaný v palivových článcích. Experimenty byly také prováděny s aldehydy (jmenovitě s formaldehydem , včetně paraformaldehydu [30] ), s ketony as různými uhlovodíky, stejně jako s diethyletherem a ethylenglykolem . [23] Použití kyseliny mravenčí v palivových článcích s kyselinou mravenčí je také dobře prostudováno a dobře vyvinuto. Palivové články, které běží na glukózu ve formě vlastního krevního cukru, mohou pohánět lékařské implantáty elektřinou [25] (viz biopalivové články ).
Použití uhlíku — na rozdíl od tradičně kapalného nebo rozpuštěného paliva, nerozpustné pevné látky — v palivových článcích je možné a je pod intenzivním vyšetřováním (viz uhlíkový palivový článek ). [26] Využití uhlí nebo koksu jako hlavního zdroje energie by bylo výhodné vzhledem k jejich dostupnosti, ale praktická realizace se ukázala jako obtížná. [27]
Jako dodavatel energie pro palivové články mohou sloužit také bezuhlíkové sloučeniny, zejména amoniak ( amoniakový palivový článek ) nebo hydrazin ( hydrazinový palivový článek ), stejně jako borohydrid sodný [23].
Kyselina mravenčí se používá tak, že se nejprve přemění na vodík a použije se ve vodíkovém palivovém článku. Může být také použit přímo v palivových článcích s kyselinou mravenčí . Kyselina mravenčí se skladuje mnohem snadněji než vodík. [31] [32]
Amoniak se vyrábí slučováním plynného vodíku s dusíkem ze vzduchu. Velkosériová výroba čpavku využívá jako zdroj vodíku zemní plyn. Amoniak se používal během druhé světové války k pohonu autobusů v Belgii a v motorech a solárních systémech až do roku 1900. Kapalný čpavek byl také použit v raketovém motoru Reaction Motors XLR99, který poháněl hypersonický výzkumný letoun X-15 . Přestože nebyl tak výkonný jako jiná paliva, nezanechával saze v opakovaně použitelném raketovém motoru a jeho hustota byla přibližně stejná jako u oxidačního činidla, kapalného kyslíku, což zjednodušilo konstrukci letadla.
Amoniak byl navržen jako praktická alternativa k fosilním palivům pro spalovací motory.[48] Výhřevnost čpavku je 22,5 MJ/kg, což je asi polovina výhřevnosti motorové nafty. V typickém motoru, ve kterém vodní pára nekondenzuje, bude výhřevnost čpavku asi o 21 % nižší než tato hodnota. Lze jej použít ve stávajících motorech pouze s drobnými úpravami karburátoru/vstřikovače.
Při výrobě z uhlí lze CO2 snadno zachytit[48][49] (produkty spalování jsou dusík a voda).
Byly navrženy a někdy používány motory na amoniak nebo motory na amoniak využívající jako pracovní tekutinu amoniak. Princip je podobný jako u bezpožární lokomotivy, ale s čpavkem jako pracovní kapalinou namísto páry nebo stlačeného vzduchu. Amoniakové motory byly experimentálně používány v 19. století Goldsworthy Gurney v Británii a v tramvajích v New Orleans. V roce 1981 kanadská společnost přestavěla Chevrolet Impala z roku 1981 na pohon na čpavek jako palivo.
Amoniak a "GreenNH3" byly s úspěchem používány vývojáři v Kanadě [53], protože mohou běžet v zážehových nebo dieselových motorech s malými úpravami a je jediným "zeleným" leteckým palivem a navzdory jeho toxicitě se považuje za ne nebezpečnější než benzín nebo LPG.[54] Může být vyroben z obnovitelné elektřiny a má jen poloviční hustotu než benzín nebo nafta a lze jej snadno přepravovat v dostatečném množství ve vozidlech. Po úplném spálení nemá žádné jiné emise než dusík a vodní páru. Chemický vzorec spalování: 4 NH3 + 3 O2 → 2 N2 + 6 H2O, výsledkem je 75 % vody.
Přestože auto na plyn jezdí na tuhá paliva, jako palivo lze použít dřevo, uhelné brikety nebo rašelinu. Samotný princip činnosti vyvíječe plynu je však založen na nedokonalém spalování uhlíku, kdy uhlík během spalování může připojit jeden nebo dva atomy kyslíku za vzniku oxidu monoxidu (oxid uhelnatý) a oxidu uhličitého (oxid uhličitý). Spalovací motor takového stroje tedy běží na plynné palivo získané z pevného paliva. Tato možnost není optimální z několika důvodů. Mezi hlavní patří nízká kvalita plynu produkovaného při provozu vyvíječe plynu a také spotřeba paliva na realizaci samotného procesu zplyňování. Práce s plynovým generátorem není jednoduchá. Vzhledem k tomu, že potřebný tah vytvářel sací účinek motoru, bylo spouštění volnoběžného plynového generátoru obtížné. Ke spuštění spalovacího procesu byla potřeba kožešina nebo ventilátor. Nastartování motoru trvalo v nejlepším případě pět až deset minut. Na dlouhé cesty se lépe hodí auto s plynovým generátorem. V městských oblastech, kde musí auto často zastavovat, může být požár generátoru příliš slabý a vyhasne. Proto došlo k vývoji zaměřenému na použití pevné látky bez její destilace na plyn.
Parní vůz je vůz poháněný parním strojem. Jako palivo lze použít dřevo, uhlí, etanol nebo něco jiného. Palivo se spaluje v kotli a teplo mění vodu na páru. Když se voda promění v páru, expanduje. Expanze vytváří tlak. Tlak tlačí písty tam a zpět. V tomto případě hřídel vrtule roztáčí kola, což zajišťuje pohyb vozu vpřed. Funguje to jako parní lokomotiva na uhlí.
Parní vozy se nastartují dlouho, ale některé mohou nakonec dosáhnout rychlosti přesahující 161 km/h. Pozdní model parních vozů Doble mohl být napájen za méně než 30 sekund, měl vysokou maximální rychlost a rychlou akceleraci, ale byl drahý na nákup.
Parní stroj využívá vnější spalování, na rozdíl od vnitřního spalování. Vozidla na benzínový pohon jsou účinnější s účinností kolem 25-28 %. Zatímco teoreticky parní stroj s kombinovaným cyklem , ve kterém je hořící materiál nejprve použit k pohonu plynové turbíny, může mít účinnost 50 % až 60 %, praktické příklady vozidel poháněných párou pracují pouze s 5-8% účinností.
Nejznámějším a nejprodávanějším parním vozem byl Stanley Steamer . K pohonu jednoduchého dvoupístového motoru, který byl napojen přímo na zadní nápravu, používal pod kapotou kompaktní žárový kotel . Před tím, než Henry Ford s velkým úspěchem zavedl měsíční splátkové financování, se auta obvykle kupovala přímo. Proto měl Stanley zjednodušený design; aby byla kupní cena dostupná.
Parní pohon lze zkombinovat se standardním motorem ICE a vytvořit hybrid ( šestidobý motor ). Ke vstřikování vody do válce dochází po spálení paliva, kdy je píst stále přehřátý, často při teplotách 1500 stupňů a více. Voda se okamžitě odpaří na páru s využitím tepla, které by jinak bylo promarněno.
Magnesium Engine (en:MAGIC) je design motoru vyvinutý společností Mitsubishi Corporation a Tokyo Institute of Technology, který využívá hořčík a vodu k výrobě energie.
Společný projekt, který začal v roce 2005 a je stále v experimentální fázi, vyvinul v roce 2006 prototyp motoru bez oxidu uhličitého, který úspěšně běžel bez použití fosilních paliv. Chemická reakce mezi hořčíkem (ve formě prášku) a vodou při pokojové teplotě vytváří vysokoenergetickou páru a vodík. Vodík se spaluje ve stejnou dobu, aby se vyrobilo více dodatečné vysoce energetické páry. Tyto dva zdroje páry pohánějí motor. Energetický cyklus neprodukuje oxid uhličitý ani jiné škodlivé emise. Jedinými vedlejšími produkty této reakce jsou voda a oxid hořečnatý. Hořčík v tomto projektu (běžný kovový prvek) se získává z oxidu hořečnatého, kde se od kyslíku odděluje laserovým procesem využívajícím solární energii (která je již ve vývoji daleko pokročilá), a tak se znovu používá jako palivo. I přes své malé rozměry (asi 5 cm v průměru a 13,5 cm na výšku) dokáže motor generovat tepelný výkon několik desítek kW. Motor je určen pro použití v kogeneraci, automobilech, lodích a mnoha dalších aplikacích. Prohlášení z roku 2006 uvedlo, že pokročilejší výzkum byl plánován pro komercializaci v průběhu příštích tří let. Od té doby nebyla učiněna žádná oznámení o této technologii.
Od nástupu spalovacích motorů se inženýři pokoušeli vyvinout motor, který by mohl běžet na levné pevné palivo rozemleté na prášek, aby bylo zajištěno smíchání paliva se vzduchem. Byly navrženy možnosti, jako je prášek z dřevěného uhlí nebo mikrokrystalická celulóza [33] . Problém byl zajistit přívod paliva do spalovacího prostoru bez neustálého zanášení vstřikovačů hrudkami prášku.
Motory na uhelný prachV 80. letech byl o tento typ zástavby zájem. V roce 1989 byly na žádost Ministerstva energetiky USA provedeny studie na toto téma. [34] . Zpráva Úřadu pro vědu a technologii Ministerstva energetiky USA z roku 1989 popisuje pokrok a výsledky výzkumného programu („Výkonnost spalování adiabatického dieselového motoru běžící na suchý uhelný prášek“) ke studiu charakteristik spalování dieselového motoru běžícího na suché uhlí. prášek.. Během tohoto programu bylo dosaženo významného pokroku při překonávání mnoha problémů, kterým čelí motor běžící na uhelný prach. Ke zlepšení spalování práškového uhelného paliva byl použit koncept spalovacího systému s tepelným zapalováním. Výsledky testů potvrdily vyhlídky na vývoj uhelných motorů. Byly provedeny práce, jako je návrh, výroba a testování motoru s vylepšeným systémem dodávky uhlí pro rozprašování uhelného prášku do nasávaného vzduchu; návrh, výroba a testování motoru se spalovací komorou ze superslitiny („Hastelloy X“); návrh, výroba a testování otěruvzdorných pístních kroužků a vložek válců s oxido-chromovým keramickým povlakem; vylepšený systém mazání k oddělení částic uhlí od kontaminovaného mazacího oleje; řízení časování vznícení fumigovaného uhelného prášku pomocí recirkulace výfukových plynů ( EGR ) a proměnné teploty spalovací komory; Uhelný motor byl testován ve dvou konfiguracích: dvoupalivový (s dieselovým osvětlením) a 100% uhelný motor bez vstřikování nafty nebo ohřívaného nasávaného vzduchu; studený start 100% uhlíkového motoru se žhavicí svíčkou; a motor na uhlí běžel od 800 do 1800 otáček za minutu a naprázdno na dvoupalivový (s dieselovým pilotem) a 100% uhelný motor bez dieselového pilotního motoru nebo předehřívače nasávaného vzduchu; studený start 100% uhlíkového motoru se žhavicí svíčkou; a motor na uhlí běžel od 800 do 1800 otáček za minutu a naprázdno na dvoupalivový (s dieselovým pilotem) a 100% uhelný motor bez dieselového pilotního motoru nebo předehřívače nasávaného vzduchu; studený start 100% uhlíkový motor se žhavicí svíčkou. Uhelný motor úspěšně běžel od 800 do 1800 otáček za minutu a na volnoběh až do plného zatížení motoru.
Setrvačníky lze použít i jako alternativní palivo a používaly se v 50. letech minulého století k pohonu autobusů ve Švýcarsku, tzv. gyrobusů . Setrvačník autobusu byl nabíjen elektřinou na koncích linky a umožňoval mu ujet až 8 kilometrů jen na jeden setrvačník. Vozidla se setrvačníkem jsou tišší než vozidla se spalovacím motorem, nevyžadují trolejové vedení a neprodukují výfukové plyny, ale setrvačník je těžký (1,5 tuny na 5 kWh) a vyžaduje zvláštní bezpečnostní opatření kvůli jeho vysoké rychlosti otáčení.
Vozidla na kapalný dusík jsou poháněna kapalným dusíkem uloženým ve speciálních nádržích. Dusíkový motor obvykle funguje následovně: kapalný dusík se zahřívá ve výměníku tepla, přijímá teplo z okolního vzduchu, poté se odpařený dusík, přeměněný na vysokotlaký plyn, dostává do motoru, kde působí na píst nebo rotor motoru , předává mu energii.
Maximální hustota energie, kterou lze získat kapalným dusíkem při atmosférickém tlaku, je 213 watthodin na kilogram (Wh/kg). To je mnohem méně než 3 000 Wh/kg získaných s nejmodernějšími typy benzinových spalovacích motorů pracujících s tepelnou účinností 28 %, což je 14násobek hustoty kapalného dusíku použitého při Carnotově účinnosti.
Aby měl izotermický motor autonomii rovnou autonomii se spalovacím motorem, je nutné mít na palubě Dewarovu nádobu o objemu 350 litrů. Je třeba dodat, že nádoba musí mít silnou izolaci. Takový objem je sice možné přepravit, ale stále při výrazném nárůstu oproti typické 50litrové plynové nádrži. Přidání složitějších napájecích cyklů (výměníky tepla s jiným typem pracovní kapaliny a vícenásobným doplňováním nádrží) může snížit potřebu silné izolace a umožnit její fungování, čímž se zabrání tvorbě ledové krusty. K dnešnímu dni však neexistuje žádný praktický model vozidla nebo komponenty navržené pro pohon vozidel využívajících nádrže na kapalný dusík a izotermické Stirlingovy motory.
Další vlastností tohoto motoru je, že pro efektivní provoz musí být neustále ohříván ventilací vzduchu, což znamená, že musí mít velký ventilátor. Vůz bude mít vážné problémy při provozu v uzavřených nebo chladných prostorách, což může vést k výraznému poklesu teploty motoru, jeho poškození (i za předpokladu, že by ho vnitřní tření mělo zahřívat). Tento motor v podstatě „extrahuje“ tepelnou energii z prostředí, a proto bude vytápění kabiny prakticky nemožné, pokud nebudou žádné baterie a elektrická pec. Proto je použití vozidel s kapalným dusíkem v chladném klimatu nepravděpodobné.
| Hlavní druhy organických paliv | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fosilní |
| ||||||||
| Obnovitelné a biologické | |||||||||
| umělý | |||||||||
| Vozidla na alternativní paliva | |
|---|---|
| palivový článek | |
| Svalnatý pohon |
|
| solární energie |
|
| Vzduchový motor | |
| Elektrická baterie a motor |
|
| motor na biopalivo | |
| Vodík |
|
| jiný | |
| Vícepalivová |
|
| Dokumentární filmy |
|
| viz také |
|